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详解纯电动汽车空调
来源:本站整理  作者:佚名  2016-01-06 11:18:52

    一、涡旋式压缩机
    现代纯电动汽车已不再安装内燃机,或主要不以发动机作为动力源,显然空调制冷的压缩机大多已不能以发动机来驱动,而改由电动机来驱动。这种驱动方式取消了传统的外驱式皮带轮,电动机一般与压缩机组装为一体,形成全封闭的结构,其内部结构如图32所示。

    这种结构形式灵活方便,可装置在发动机室的任何位置,而且电动机与压缩机可采取同轴驱动,不会出现传统驱动方式的皮带打滑、压缩机转速与发动机转速不同步的现象。由于电动机同轴驱动压缩机,可通过调节电动机转速改变压缩机转速,实现空调压缩机排量及制冷量的灵活控制。封闭式的驱动结构,只有电源线及进出气管与外部联系,泵气装置运行的可靠性较高,故障率较低。
    电动汽车空调的制冷系统与传统汽车基本相同,主要由一体化压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和储液干燥器等五大部件组成,另外,还增加了电气系统的空调驱动器。使用泵气效率较高的涡旋式压缩机是电动汽车空调的一个共同特点,与其池诸多类型的空调压缩机(如斜盘式、曲柄连杆式、叶片式等压缩机)相比,涡旋式压缩机具有振动小、噪声低、使用寿命长、重量轻、转速高、效率高、外形尺寸小等多个优点,更符合电动汽车的空调使用要求。
    二、涡旋式压缩机原锂
    涡旋式压缩机包括一个定涡盘和一个动涡盘,这两个相互啮合的涡盘,其线形是相同的,它们相互错开180°安装在一起,即相位角相差180°。涡旋式压缩机的工作原锂如图33示,其定涡盘是固定在机架上,而动涡盘由电动机直接驱动。动涡盘是不能自转的,只能围绕定涡盘作很小回转半径的公转运动。当驱动电动机旋转带动动涡盘公转时,制冷气体通过滤芯吸入到定涡盘的外围部分,随着驱动轴的旋转,动涡盘在定涡盘内按轨迹运转,使动、定涡盘之间形成由外向内体积逐渐缩小的六个腔,即A腔、B腔、C腔、D腔、E腔和F腔,制冷气体在动、定涡盘所组成的六个月牙形压缩腔内被逐步压缩,最后从定盘中心孔通过阀片将被压缩后的制冷气体连续排出。

    在压缩机整个工作过程过程中,所有工作腔均由外向内逐渐变小且处于不同的压缩状况,从而保证涡旋式压缩机能连续不断地吸气、压缩和排气。虽然涡旋式压缩机每次排出制冷剂的气量较小,其排出量为27~30立方cm3,但由于其动涡盘可作高达9000~13000r/min的公转,所以它的总排量足够大,能满足车辆空调制冷的需求,当然压缩机的功耗也较大,可达4~7kW。
    三、三相永磁同步电动机
    综上所述可知,驱动电动汽车空调压缩机运转的是三相永磁同步电动机,而向空调三相电动机供电的则应是三相高压交流电。电动汽车的电池只能提供直流电,为此必须要将电池直流电转换为交流电,这个任务就由变频器承担,由它产生向空调压缩机和三相永磁同步电动机供电的交流电源。
    1. 三相永磁同步电动机的特点
    三相永磁同步电动机在电动汽车上使用较多,特别是驱动汽车行驶的动力就是由三相永磁同步电动机提供的,维修人员了解这种电动机的特点对维修工作很有帮助。电动汽车在不同历史时期采用不同的电动机,最早采用成本较低的直流电动机,但它存在换向火花、高负载下转速受限制、体积大、经常需要维修等缺点,不能用于封闭式空调压缩机的驱动电动机(图34)。而三相永磁同步电动机具有体积小、质量轻、运转效率高、节省电能、可采用变频调速、运转极可靠且远高于直流电动机的6倍、维护保养费用低等特点,所以现代封闭式空调压缩机首选三相永磁同步电动机。

    2. 三相永磁同步电动机的工作原锂
    三相永磁同步电动机主要由定子与转子组成,利用通电的定子绕组产生旋转磁场,作用于永磁转子上形成磁拉力而同步旋转。电动机定子通人三相对称交流电,从而在定子与转子的气隙间产生旋转磁场,不论定子旋转磁场与永磁转子起始时相对位置如何,定子的旋转磁极与转子的磁极间,总是会产生磁力拖动转子同步旋转。由于转子有磁极,在极低频率下也能旋转运行,所以它比异步电动机的调速范围更宽。永磁同步电动机转子同步转速可用公式n=60fs/Pn计算,式中,n为电动机转子的同步转速,fs为定子线圈的供电频率,P n为电动机转子的磁极对数。
     三相永磁同步电动机的原锂示意图如图35所示,中部圆圈表示永磁转子,永磁体按N、S磁极沿圆周径向交替排列,外部三个小线圈表示定子上输入的对称三相正弦波交流电,产生的旋转磁场与永磁转子相互作用拖动转子同步旋转,并力图使定子与转子的轴线对齐。N0为电动机的同步转速、T为转矩、θ为功率角。空调三相永磁同步电动机转子的转速虽与定子的旋转磁场能同步运行,但当转子有负荷阻力时,会使电动机转子与定子的磁场轴线间形成角差。功率角θ表示转子与定子的磁场轴线间的夹角,负荷越大,功率角θ也越大,它虽不影响转子的同步运转,但当负荷阻力超大时,功率角θ将造成转子失速停转。由于汽车空调的中小负荷启动与运行特性,不易使电动机转子停转,故这种永磁同步电动机适合空调作驱动使用,可靠地运用在一体化的空调压缩机中,使用寿命较长。

    3. 变频器的作用
    电动汽车空调的三相永磁同步电动机,其定子需要通入三相交流电,但电动汽车上只有高压直流电池,所以需要变频器将直流电转化为交流电。电动空调的变频器使用了6个IGBT场效应管,它是绝缘栅双极型晶体管,属于电压控制类器件,其特点是栅极的驱动功率小而饱和压降低,在电力系统和变流技术上广泛使用。IGBT管的导通或截止受控于其上的栅极电压,就能造成IGBT的源极与漏极间的通路或断路状况。如图36所示,当6个IGBT的栅极按一定规律轮流加上占空比脉冲调制控制电压时,就会让电池的直流高压电流经过变频器,在输出端形成三相正弦交流电流,利于三相永磁同步电动机平稳运转,产生的转矩以驱动空调压缩机。图36中与IGBT管并联的二极管是电动机三相绕组的续流二极管,起保护IGBT管的作用。

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关键词:电动汽车

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